В HILPCB мы производим PCB Microvias, используя передовые системы лазерного сверления, а также наш полный спектр услуг от традиционного HDI до жестко-гибких гибридов. Наши интегрированные возможности включают оптимизацию конструкции, прецизионное производство и полную сборку для сложной электроники, требующей максимальной плотности и надежности.
Понимание технологии Microvia и типов
Определение Microvias и диапазоны размеров
Стандарты IPC определяют микропереходы (microvias) как отверстия диаметром ≤0,15 мм, просверленные с использованием лазерной технологии, а не механического сверления. Этот порог размера отражает практические ограничения — механическое сверление становится ненадежным и дорогим ниже диаметра 0,20 мм из-за хрупкости и поломки сверл.
Категории размеров Microvia:
Сверхтонкие микропереходы размером 0,05-0,08 мм в диаметре обеспечивают максимальную плотность трассировки между компонентами с очень мелким шагом, такими как BGA с шагом 0,3 мм. Они требуют точного управления лазером и специализированных процессов гальванизации для обеспечения полного заполнения. Мы обычно используем УФ-лазеры для этих мельчайших элементов, достигая чистого сверления через тонкие диэлектрические пленки.
Стандартные микропереходы диаметром 0,10-0,15 мм представляют собой основную технологию HDI, балансирующую возможности и стоимость. Наши системы CO2-лазеров эффективно сверлят эти размеры через стандартные материалы для построения. Большинство смартфонов, планшетов и портативных устройств используют в основном этот диапазон размеров.
Крупные микропереходы диаметром 0,15-0,25 мм служат мостом между областями микропереходов и механического сверления. Они обеспечивают рентабельный HDI там, где не требуются сверхтонкие элементы. Мы иногда смешиваем размеры в рамках отдельных конструкций — используя малые микропереходы только там, где это необходимо, и большие размеры там, где это достаточно.
Слепые микропереходы (Blind Microvias): Соединения от поверхности к внутренним слоям
Слепые микропереходы соединяют внешние слои с одним или несколькими внутренними слоями, не проходя через всю толщину платы — это наиболее распространенный тип микропереходов в серийной электронике.
Преимущества слепых микропереходов:
Плотность трассировки dramatically увеличивается по сравнению со сквозными переходами, поскольку слепые микропереходы не занимают место по всей стопке. Это позволяет более плотно размещать компоненты, особенно с BGA с мелким шагом, где трассировка между шариками определяет достижимую плотность.
Целостность сигнала выигрывает от более коротких длин межсоединений и устранения пеньков переходов, которые ухудшают высокоскоростные сигналы. Слепой микропереход от слоя 1 к слою 3 создает нулевой пеньк по сравнению со сквозным переходом, простирающимся до низа платы, создающим значительный разрыв.
Стоимость производства остается разумной, поскольку слепые микропереходы требуют только одноэтапной обработки — лазерное сверление с одной поверхности с последующей меднением. Более сложные структуры переходов пропорционально умножают этапы производства и затраты.
Наши процессы многослойных PCB routinely интегрируют технологию слепых микропереходов, поддерживая те же стандарты качества, производим ли мы 4-слойные или 16-слойные платы с участками HDI.
Скрытые микропереходы (Buried Microvias): Межсоединения внутренних слоев
Скрытые микропереходы соединяют внутренние слои, не достигая ни одной из поверхностей платы — обеспечивая гибкость трассировки, но требуя дополнительной сложности производства.
Применения скрытых микропереходов:
Высокоскоростные конструкции иногда трассируют критические сигналы на внутренних слоях, чтобы избежать поверхностного шума и улучшить экранирование. Скрытые микропереходы позволяют переходам между слоями внутри этих внутренних плоскостей трассировки без вывода сигналов на внешние слои, где они могут вызвать помехи.
Сокращение количества переходов на поверхностях платы имеет значение, когда площадь поверхности ограничена. Устранение сквозных переходов с поверхностей освобождает место для большего количества площадок компонентов — особенно ценно при сверхплотных компоновках смартфонов, где каждый 0,1 мм имеет значение.
Сложность производства увеличивается, поскольку скрытые переходы требуют сверления и металлизации перед окончательным ламинированием — по сути, становясь частью суб-узлов, которые затем объединяются в готовые платы. Это добавляет 2-4 дня к графикам производства по сравнению с конструкциями, использующими только слепые переходы.
Рентгеновский контроль проверяет формирование скрытых переходов, поскольку они невидимы снаружи. Мы сканируем 100% панелей, содержащих скрытые переходы, обеспечивая качество до последующей обработки, где дефекты станут некорректируемыми.
Стратегии Stacked и Staggered микропереходов
Несколько слоев микропереходов позволяют трассировку между многочисленными слоями — но расположение dramatically влияет на надежность и стоимость.
Подход Stacked микропереходов:
Размещение микропереходов непосредственно друг над другом через несколько слоев создает кратчайшие возможные пути сигнала. Это максимизирует плотность трассировки и обеспечивает оптимальные электрические характеристики для высокоскоростных дифференциальных пар, требующих точного согласования длин.
Однако, Stacking концентрирует механическое напряжение на границах переходов во время термических циклов. Каждая граница медь-диэлектрик представляет потенциальное место расслоения, и Stacking умножает этот риск. Наши испытания на надежность показывают, что Stacked микропереходы требуют усиленного контроля процесса для достижения приемлемого срока службы в полевых условиях.
Альтернатива Staggered микропереходов:
Смещение микропереходов слегка между слоями распределяет напряжение более равномерно. Производительность при термическом циклировании значительно улучшается — мы измерили увеличение в 3-5 раз количества циклов до отказа по сравнению с comparable Stacked структурами.
Сложность трассировки увеличивается при Staggered подходах, поскольку прямые вертикальные соединения невозможны. Конструкторы должны более тщательно планировать переходы между слоями. Влияние на затраты минимально — стоимость изготовления Staggered и Stacked переходов почти идентична.
Для большинства приложений мы рекомендуем Staggered микропереходы, если только электрические характеристики абсолютно не требуют Stacked конфигураций. Предоставьте вашу конструкцию для анализа осуществимости — мы смоделируем оба подхода и порекомендуем оптимальный баланс.
Технология лазерного сверления для формирования Microvia
Процесс лазерного сверления CO2
Лазеры на углекислом газе, работающие на длине волны 10,6 микрон, эффективно аблятируют органические материалы PCB — основная технология для стандартного сверления микропереходов.
Возможности лазеров CO2:
Наши системы CO2 доставляют сфокусированные импульсы энергии, которые испаряют диэлектрические материалы, включая FR-4, полиимид и большинство препрегов, используемых в гибких схемах. Длительность импульса и плотность энергии требуют оптимизации для каждого стека материалов для достижения чистого сверления без повреждения подлежащих медных площадок.
Контроль глубины сверления определяет, останавливаются ли микропереходы на первом медном слое (стандартные слепые переходы) или проникают в дополнительные слои (Stacked слепые переходы). Многоимпульсные последовательности позволяют контролируемое сверление по глубине — начальные импульсы удаляют объемный диэлектрик, конечные импульсы очищают целевую площадку без пересверливания.
Пропускная способность на современных системах CO2 достигает 300-500 микропереходов в секунду в зависимости от толщины материала и диаметра перехода. Эта скорость делает лазерное сверление экономичным даже для конструкций с очень большим количеством переходов — 10 000+ микропереходов на панель занимают всего минуты времени сверления.
УФ-лазерное сверление для сверхтонких элементов
Ультрафиолетовые лазеры, работающие на длине волны 355 нм, позволяют получить размеры элементов меньше, чем достигаемые лазерами CO2, но только на фоточувствительных материалах.
Применения УФ-лазеров:
Минимальный размер элемента снижается до 0,03 мм против нижнего предела 0,05 мм для сверления CO2. Это важно для сверхплотных подложек ИС и передовых конструкций HDI, расширяющих пределы плотности. Мы использовали УФ-сверление для основных плат смартфонов и носимых устройств высокого класса, требующих абсолютно минимальных размеров переходов.
Фоточувствительные диэлектрики, оптимизированные для поглощения УФ, сверлятся наиболее эффективно, достигая чистых отверстий с минимальным термическим повреждением окружающего материала. Стандартные FR-4 и полиимид плохо сверлятся УФ-лазерами — выбор материала должен учитывать технологию сверления с начальных этапов проектирования.
Надбавка к стоимости за УФ-сверление по сравнению с CO2 отражает как инвестиции в оборудование, так и обычно более низкую пропускную способность. Мы применяем УФ-технологию только там, где элементы действительно этого требуют — использование CO2 для стандартных микропереходов в тех же платах сохраняет затраты разумными.
Удаление заусенцев (Desmear) и подготовка поверхности
После лазерного сверления удаление смоляного наплыва и кондиционирование стенок отверстий обеспечивает надежное меднение и прочное сцепление.
Оптимизация процесса Desmear:
Плазменное удаление заусенцев использует реактивные газы для очистки стенок переходов с помощью химического травления без механической чистки. Этот более щадящий подход работает лучше на тонких элементах по сравнению с химическим удалением заусенцев на основе перманганата, который может воздействовать на тонкие диэлектрики или повреждать хрупкие стенки переходов.
Мы оптимизировали параметры плазмы специально для обработки микропереходов — давление в камере, газовая смесь, мощность ВЧ и время воздействия — все влияет на эффективность очистки versus потенциальное повреждение. Поперечный анализ подтверждает правильную очистку для каждой новой комбинации материалов.
Микро-образование шероховатости меди следует за удалением заусенцев, подготавливая поверхности для химического осаждения меди. Контролируемая шероховатость максимизирует адгезию, одновременно минимизируя потери сигнала на высоких частотах — баланс, имеющий значение для высокоскоростных конструкций, работающих выше 10 ГГц.
Меднение и заполнение микропереходов
Панельное меднение (Panel Plating) vs Меднение по рисунку (Pattern Plating)
Существует два фундаментальных подхода к осаждению меди — полное панельное меднение строит всю медь одновременно, в то время как меднение по рисунку добавляет медь только там, где существуют дорожки.
Подход панельного меднения:
Все микропереходы и поверхностные области получают одинаковую толщину меди, поскольку вся панель покрывается равномерно. Это упрощает контроль процесса и обеспечивает надежность заполнения микропереходов. Однако последующее травление должно удалять медь между элементами — сложно с увеличением плотности дорожек.
Наш процесс панельного меднения обеспечивает однородность толщины ±2 микрона на производственных панелях 600x450 мм. Эта последовательность гарантирует, что микропереходы в углах панели заполняются так же полностью, как и в центральных областях — предотвращая потерю выхода из-за зависящих от положения дефектов.
Альтернатива меднения по рисунку:
Селективное осаждение меди только там, где требуется, снижает сложность травления на конструкциях с очень тонкими линиями. Однако заполнение микропереходов становится более сложным, поскольку переходы покрываются через фоторезист, который частично блокирует поток электролита в полости.
Мы используем панельное меднение для большинства применений PCB Microvias, поскольку оно обеспечивает наиболее надежное заполнение. Меднение по рисунку применяется только тогда, когда плотность дорожек или коэффициенты формы превышают возможности панельного меднения — редко с современной технологией травления.
Технология заполнения переходов и надежность
Достижение полного медного заполнения слепых микропереходов оказывается essential для долгосрочной надежности — частично заполненные переходы могут выходить из строя во время термического циклирования из-за распространения трещин.
Усовершенствованные методы заполнения:
Специализированная химия гальваники с яркими, выравнивающими и добавляющими веществами для заполнения переходов способствует росту меди снизу вверх внутри полостей. Эти органические добавки дифференцированно ингибируют осаждение в отверстии перехода versus на дне, заставляя медь нарастать от площадки вверх, а не осаждаться быстрее вверху.
Импульсная гальваника — чередование включения и выключения тока, а не постоянный ток — улучшает надежность заполнения, позволяя ионам меди диффундировать в полости переходов в периоды выключения. Мы оптимизируем параметры импульса для каждой конфигурации стека и геометрии перехода.
Поперечный микро-секционный анализ проверяет >95% заполнения переходов в производственных партиях. Образцы, вырезанные из краев панели, подвергаются полировке и оптической микроскопии — любые пустоты, видимые при 200-кратном увеличении, вызывают расследование перед отгрузкой производства.
Равномерность толщины меди
Последовательный вес меди across панелями и между платами within панелей напрямую влияет на электрические характеристики и выход производства.
Методы контроля толщины:
Горизонтальная конвейерная гальваника обеспечивает превосходную равномерность по сравнению с вертикальными rack системами. Платы перемещаются горизонтально через гальванические ванны с аэрацией и перемешиванием, обеспечивая постоянный контакт с электролитом. Наши системы поддерживают ±10% вариацию толщины меди на полных панелях.
Автоматическое измерение толщины после гальваники использует рентгеновскую флуоресценцию для проверки веса меди в нескольких местах панели. Эти данные направляют корректировки процесса, поддерживая постоянный выход даже при старении химии ванны.
Толщина меди особенно важна для трасс с контролируемым импедансом, где 10% вариация толщины напрямую переводится в смещение импеданса. Наше производство PCB backplane, требующее строгого контроля импеданса, выигрывает от усиленного мониторинга равномерности меди.
Рекомендации по проектированию для оптимальной производительности Microvia
Размер площадки перехода и проектирование фиксирующей площадки (Capture Pad)
Правильные размеры площадок обеспечивают надежные соединения, одновременно позволяя плотную трассировку между площадками.
Правила проектирования площадок:
Диаметр фиксирующей площадки равен диаметру перехода плюс минимальная кольцевая зона 0,10 мм — обеспечивает достаточную медь для допуска положения сверления и вариации меднения. На микропереходах 0,10 мм это дает площадки 0,20 мм — достаточно малые для трассировки между шариками BGA с шагом 0,5 мм.
Более крупные площадки улучшают выход производства и долгосрочную надежность за счет сниженной плотности трассировки. Мы рекомендуем увеличивать площадки на 0,05 мм, где пространство позволяет — улучшение надежности перевешивает незначительное снижение плотности.
Конструкция Via-in-Pad размещает микропереходы непосредственно внутри SMT площадок компонентов, максимизируя плотность, но требуя заполненных и выровненных переходов перед сборкой. Наш процесс заполняет переходы медью, затем выравнивает посредством механической полировки или дополнительного меднения — позволяя непосредственный монтаж компонентов над переходами.
Расстояние между микропереходами и пределы плотности
Насколько близко вы можете размещать микропереходы, влияет на достижимую плотность трассировки — но минимальное расстояние балансирует выход против плотности.
Соображения по расстоянию:
Наше стандартное расстояние от центра к центру 0,25 мм обеспечивает хороший выход с адекватной плотностью для большинства приложений. Это позволяет размещать переходы между шариками BGA с шагом 0,5 мм — подходит для большинства потребительской электроники и портативных устройств.
Уменьшенное расстояние 0,20 мм предлагает более высокую плотность с некоторым риском выхода. Мы рекомендуем это только там, где плотность абсолютно требует этого — обычно для основных плат смартфонов и аналогичных конструкций, ограниченных пространством. Медное замыкание между соседними переходами становится более распространенным по мере уменьшения расстояния.
Практическая максимальная плотность микропереходов составляет приблизительно 150-200 переходов на квадратный сантиметр, прежде чем проблемы равномерности гальваники и надежности умножатся. Превышение этого должно вызвать переоценку размера платы, количества слоев или стратегии размещения компонентов.
Планирование переходов между слоями
Эффективное использование микропереходов требует вдумчивого планирования стека слоев от начальной схемы до окончательной компоновки.
Стратегия назначения слоев:
Группируйте сигналы по функции и требуемым слоям трассировки — цифровая логика, распределение питания, высокоскоростные сигналы оптимизируются по-разному. Это естественное разделение уменьшает количество переходов между слоями, минимизируя использование микропереходов.
Слои наращивания HDI должны нести primarily сигналы, требующие самой тонкой трассировки. Распределение питания обычно использует внутренние слои, доступные через более крупные переходы или даже обычные сквозные отверстия, где позволяет пространство. Это резервирует дорогие ресурсы микропереходов для дорожек, действительно нуждающихся в них.
Проанализируйте количество переходов перед финализацией компоновки — чрезмерные переходы указывают на субоптимальное назначение слоев. Мы часто помогаем клиентам сократить количество переходов на 20-30% за счет перераспределения слоев без влияния на функциональность или электрические характеристики.
Контроль качества и тестирование для PCB Microvias
Автоматический оптический контроль лазерно-сверленных элементов
Системы формирования изображения высокого разрешения исследуют каждый просверленный микропереход перед меднением — выявляя ошибки положения, отклонения размера или неполное сверление рано.
Шаги проверки AOI:
Измерение диаметра подтверждает, что лазерное сверление достигло целевого размера в пределах допуска ±0,01 мм. Недостаточные переходы не будут надежно покрываться; чрезмерные переходы могут нарушать правила расстояния до соседних элементов.
Проверка положения гарантирует, что микропереходы выровнены с предполагаемыми фиксирующими площадками в пределах допуска ±0,03 мм. Несовмещение может полностью пропустить площадки или создать маргинальные соединения, склонные к раннему отказу.
Обнаружение остатков идентифицирует любой оставшийся материал, частично блокирующий микропереходы, который будет мешать гальванике. Наша инспекция помечает даже небольшие остатки, требующие дополнительной очистки перед продолжением гальваники.
Электрическое тестирование с летающим зондом
PCB Microvias с тысячами точек межсоединений требуют комплексного электрического тестирования, проверяющего каждое соединение.
Стратегия покрытия теста:
Системы с летающим зондом проверяют каждую цепь на непрерывность и изоляцию без дорогих тестовых оснасток. Головки зондов позиционируются с точностью ±25 микрон — адекватно для тестирования микропереходов 0,10 мм и площадок с мелким шагом, типичных для конструкций HDI.
Мы тестируем 100% производства PCB Microvias независимо от количества. Никакого статистического выборочного контроля — каждая плата получает полную электрическую проверку. Это вылавливает перемежающиеся проблемы, которые могут ускользнуть от подходов к тестированию партий.
Время тестирования масштабируется с количеством переходов — платы с 10 000+ микропереходами могут требовать 15-20 минут тестирования на панель. Мы учитываем это в расчетах сроков поставки, обеспечивая реалистичные обязательства по доставке. Наши услуги под ключ (turnkey assembly) расширяют тестирование через функциональную валидацию собранных плат.
Анализ отказов с поперечным сечением
Разрушающий микро-секционный анализ проверяет качество внутренней структуры через прямое наблюдение заполнения переходов и связывания слоев.
Оценка микро-сечения:
Образцы-свидетели проходят резку, заливку, полировку и оптическую микроскопию при увеличении 200-400x. Мы исследуем процент заполнения переходов медью, качество адгезии интерфейса и целостность диэлектрика across всех слоев.
Целевая спецификация требует >95% заполнения переходов для приемки производства. Пустоты, видимые в поперечных сечениях, указывают на недостаточную химию гальваники или неадекватные параметры процесса, требующие коррекции перед отгрузкой производственных партий.
Долгосрочные испытания на надежность подвергают образцы плат 500-1000 термическим циклам от -40°C до +125°C при мониторинге электрической непрерывности. Это ускоренное напряжение выявляет скрытые дефекты, которые могут вызвать отказы в полевых условиях — мы устраняем их посредством корректировок процесса до того, как они повлияют на клиентов.
Работа с HILPCB по производству PCB Microvias
Поддержка проектирования и DFM
Каждый PCB Microvias начинается с детального обзора проектирования для производства (DFM). Наши инженеры проверяют размеры переходов, выравнивание стека и совместимость материалов перед изготовлением — предотвращая потерю выхода и переделку позже. Мы оцениваем наращивание слоев, последовательность ламинации и выбор диэлектрика, чтобы обеспечить надежность микропереходов в условиях лазерного сверления, гальваники и оплавления. При необходимости мы рекомендуем оптимизированные альтернативы, которые упрощают производство, сохраняя производительность.
От прототипа до массового производства
HILPCB поддерживает весь ваш жизненный цикл продукта — от единичных прототипов до полномасштабного производства — с той же стабильностью процесса. Быстрые прототипы проверяют замысел проектирования в течение 10–15 дней, в то время как пилотные запуски подтверждают повторяемость процесса перед запуском в объем. Наши линии сборки большого объема масштабируются до миллионов единиц ежегодно, обеспечивая постоянное качество и рентабельность для требовательных программ HDI.
Интегрированная сборка и тестирование
Мы предоставляем комплексные решения, сочетающие производство с высокоточным SMT монтажом и интеграцией through-hole. Наши SMT линии поддерживают корпуса 01005, BGA с мелким шагом и конструкции Via-in-Pad с точностью размещения ±25 мкм. Окончательное функциональное тестирование и инспекция проверяют как целостность платы, так и полную производительность сборки — гарантируя, что каждый PCB Microvias соответствует требованиям проектирования, надежности и поставки перед отгрузкой.